傅里葉定律

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傅里葉定律是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技術語。

隨着社會制度的不斷發展與進步，中國的漢字也在不斷演化着，從最初的甲骨文^[1]漸漸發展到了小篆^[2]，後來文化進一步發展後，才出現了」漢字」這種說法。

名詞解釋

傅立葉定律是法國著名科學家傅立葉在1822年提出的一條熱力學定律。該定律指在導熱過程中，單位時間內通過給定截面的導熱量，正比於垂直於該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。

熱傳導定律也稱為傅里葉定律，表明單位時間內通過給定截面的熱量，正比例於垂直於該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。我們可以用兩種等效的形式來表述這個定律：整體形式以及差分形式。

牛頓的冷卻定律是傅立葉定律的離散推廣，而歐姆定律則是傅立葉定律的電學推廣。

關鍵要點

傅立葉定律是熱傳導的基礎。它並不是由熱力學第一定律導出的數學表達式，而是基於實驗結果的歸納總結，是一個經驗公式。同時，傅立葉定律是定義材料的一個關鍵物性，熱導率的一個表達式。

另外，如上所述，傅立葉定律是一個向量表達式。熱流密度是垂直於等溫面的，並且是沿着溫度降低的方向。傅立葉定律適用於所有物質，不管它處於什麼狀態（固體、液體或者氣體）。

作用意義

熱質的運動和傳遞中的應用

物質具有的熱能(粒子無規運動動能)是物質能量形式之一，它又對應着物質所具有的熱質量，並且可看作為是熱子氣的質量。物體導熱過程中的熱量輸運對應着熱質量(熱子氣質量)的輸運。與對流輸運不同，熱質的輸運是屬於分子輸運或擴散輸運。它可以用熱子氣的宏觀速度(漂移速度)來描述。

描述物體的機械運動，我們需要有物體的質量、運動速度和加速度等物理量以及牛頓運動定律。與此類似，為了能夠描述和研究熱子氣的宏觀運動，需要建立熱子氣運動的速度和加速度等物理量。為了能確定熱子氣運動狀態的變化與施加在熱子氣之上的非平衡作用力之間的關係，我們需要建立熱質運動定律。

傅立葉導熱定律的物理意義通常被理解為：溫度梯度是驅動力，熱流密度則是被驅動的熱量流。在不可逆過程熱力學中把前者稱之為熱力學力，後者稱之為熱力學流同。在有關輸運現象的文獻中常把傅立葉導熱定律和牛頓粘性定律進行類比。牛頓粘性定律描述的是流體的本構關係，而傅立葉導熱定律描述的則是流和溫度梯度的關係。

我們基於傅立葉定律以及忽略慣性力的熱子氣守恆方程，求得了上述熱子氣粘性力的表達式。與此同時，從式可以看到傅立葉導熱定律是反映了熱子氣壓力與粘性力的平衡，是熱子氣動量方程在忽略慣性力條件下的一種近似。

研究發現：傅立葉導熱定律本質上是忽略慣性力條件下的熱子氣的壓力梯度與粘性力的平衡方程；當慣性力可以忽略時，熱子氣的動量守恆方程退化為傅立葉導熱定律。在極低溫或極高熱流密度時傅立葉導熱定律不再適用。